Zesilování skleníkového efektu atmosféry znamená, že narůstá radiační působení skleníkových plynů v důsledku jejich větší koncentrace a narůstá vyzařování atmosféry na zemský povrch. Arrhenius (1896) propočítal vliv CO2 na teplotu Země již koncem 19. století. Tedy již více než před 100 lety bylo známo, že spalování fosilních paliv povede k zesilování skleníkového jevu atmosféry, a tudíž ke globálnímu oteplování.
Zvyšováním koncentrace skleníkových plynů v atmosféře se snižuje prostupnost troposféry pro dlouhovlnné záření a teplo vyzařované zemským povrchem je zachyceno níže nad povrchem. Důsledkem je, že vzduch nad povrchem se více ohřívá, a navíc i se i snižuje průměrná výška odkud atmosféra dozáří na zemský povrch. Tím se zvýší množství energie, které dopadá na zemský povrch, a zemský povrch se více ohřívá.
Pro představu se opět můžeme vrátit k situaci za mlhy, kdy zhoustnutí mlhy znamená, že dohlédneme na kratší vzdálenost a stejně tak dlouhovlnné záření atmosféry pronikne až na zemský povrch z menší výšky, tedy z teplejší oblasti atmosféry. Současně stoupá průměrná výška, odkud uniká záření do vesmíru. A vzhledem k výškovému teplotnímu gradientu, kdy teplota troposféry klesá asi o 6 °C na jeden km výšky, začne tedy vlivem zesílení skleníkového efektu troposféra vyzařovat na zemský povrch v průměru z teplejších vrstev, než tomu bylo před zesílením skleníkového efektu. A současně se posune vyzařování atmosféry do vesmíru do chladnějších vrstev atmosféry. Tím se zvýší množství energie, které dopadá na zemský povrch, a současně se sníží vyzařování Země do vesmíru, a to dokud nedojde k vyrovnání energetické bilance klimatického systému, tedy dokud složky klimatického systému (zejména oceány) nepřestanou akumulovat energii v důsledku zvýšeného příkonu energie na zemský povrch. Tak je tomu právě v případě současné klimatické změny.